第四章习题解答.docx
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第四章习题解答
第四章：
网络层
1、网络层向上提供的服务有哪两种？
试比较其优缺点。
（教材109）
答：
网络层向上提供了数据报和虚电路两种服务，其优缺点的比较如下：
（1）虚电路是面向连接的，提供的服务可以保证数据传输的可靠性和投递顺序的正确性；数据报是无连接的，只提供尽最大努力的交付，不能保证传输的可靠性和投递顺序的正确性。
（2）网络采用数据报传输方式可大大简化网络层的结构；虚电路让电信网络负责保证可靠通信所采取的措施，使得电信网的结点交换机复杂而昂贵。
但是相对而言，采用数据报时，由主机负责端到端的可靠性，包括差错处理和流量控制，因此主机的处理负担较大。
（3）虚电路有连接建立和释放阶段，数据传输启动慢；数据报不用建立连接，数据传输启动快。
（4）为了在交换结点进行存储转发，在使用数据报时，每个分组必须携带完整的地址信息。
而在使用虚电路的情况下，每个分组不需要携带完整的目的地址，只需要有一个简单的虚电路号码标识，这就使得虚电路分组中的控制信息部分的比特数减少，从而减少了系统开销。
（5）虚电路在连接建立的阶段确定数据传输的路由，属于同一条虚电路的分组均按照同一条路由进行转发；数据报对每个分组都独立的做路由选择。
显然，在数据传输阶段，数据报的路由处理负担较大。
但是在网络出现故障的情况下，所有通过故障结点的虚电路都不能工作，而数据报可以灵活的选择替代路由。
2、网络互连有何实际意义？
进行网络互连时，有哪些共同的问题需要解决？
（教材110）
答：
（1）单一的网络无法满足各种用户的多种需求，因此，把许多种不同类型的物理网络互相连接在一起，可以实现更大范围内的通信。
实际中使用的TCP/IP协议，定义了一种抽象的网络，隐藏了互连的各种不同物理网络的细节，使得互连后的网络像一个单一的大网络。
（2）进行网络互连时，需要解决的共同的问题：
不同的寻址方案、不同的最大分组的长度、不同的网络接入机制、不同的超时控制、不同的差错恢复方法、不同的状态报告方法、不同的路由选择技术、不同的用户接入控制、不同的服务（面向连接的服务和无连接的服务）、不同的网络管理和控制方式等。
3、作为中间设备，转发器、网桥、路由器和网关有何区别？
（教材111）
答：
它们工作在的层次不同，并且功能不同：
转发器：
物理层中继系统，在转发数据时不对传输媒体进行检测，只是对数据分组进行简单的转发（逐比特转发），因此只能连接相同速率的网络。
网桥：
工作在数据链路层，网桥在转发数据前先对传输媒体进行检测，并且是把整个数据帧都收下之后再进行存储转发，具有过滤帧的功能，故能够连接不同速率的网络。
当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而从网络层看仍然是一个网络。
路由器：
工作在网络层，具有存储转发功能，作用是在互连网中完成路由选择的功能。
（由于历史的原因，有时把路由器称为网关）
网关：
网络层以上的中继系统，用网关连接两个互不兼容的系统需要在高层进行协议转换。
（由于网关较复杂，用的较少）
4、试简单说明下列协议的作用。
（参考资料129）
答：
IP：
网际协议（互连网协议），用来使互连起来的网络能够相互通信。
ARP：
地址解析协议，用来把IP地址映射成物理地址。
RARP：
逆地址解析协议，使只知道自己硬件地址的主机能够知道其IP地址。
ICMP：
互连网控制报文协议，允许主机或路由器报告差错情况和提供有关是否有异常情况的报告。
5、IP地址分为几类？
各如何表示？
IP地址的主要特点是什么？
（教材115、116）
答：
IP地址共分为5类：
A,B,C,D,E。
A,B,C三类的网络号字段分别为1个，2个，3个字节；而网络号字段的最前面有1~3位的类别比特，其二进制数值分别为0，01，110。
A类，B类，C类地址的主机号字段分别为3，2，1个字节。
D类地址用于多播；前4位包含二进制数值1110。
E类地址保留为未来使用，前5位包含二进制数值11110。
IP地址的特点：
（1）是一种分等级的地址结构，每一个IP地址由网络号和主机号两部分组成。
（2）IP地址实际上是标识一个主机（或路由器）和一条链路的接口。
当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，而且其网络号必须是不相同的。
（3）用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，这些局域网都具有相同的网络号。
（4）在IP地址中，所有分配到网络号的网络，不论大小，都是平等的。
6、试根据IP地址的规定，计算出表4-2中的各项数据。
答：
即表4-2.
7、试说明IP地址与硬件地址的区别。
为什么要使用这两种不同的地址？
（教材117）
答：
IP地址是主机在抽象的网络层中的地址，硬件地址是物理网络在数据链锯层地址。
IP地址是不能直接用来进行通信的，例如：
在局域网中，若要将网络层中传输的数据报交给目的主机，还要传到链路层转变成MAC帧后发送到物理往里中。
因此不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路传输数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。
这就是说，我们需要使用两种不同的地址。
8、IP地址方案与我国的电话号码体制的主要不同点式什么？
答：
IP地址是世界范围内统一的，通常采用点分十进制记法，现在使用的是32位的，分成两个部分：
网络号和主机号，用来标识某个网络中的某台主机。
对于网络中的某台主机，系统分配给它的IP地址可能是不固定的。
电话号码各国表示方法不同。
通常用电话号码来固定的标识某一个用户终端，透过一个具体的电话号码，可以知道相应的国家代码，地区代码，交换局代码，然后是用户代码。
9、回答下列问题：
（3）一个A类网络和一个B类网络的子网号subnet-id分别为16个1和8个1，问这两个网络的子网掩码有什么不同？
0.0试问在每一个子网上的主机数目是多少？
（5）一个A类网络，它是否是一个有效的子网掩码？
（6）某个IP地址的十六进
（7）C类网络使用子网掩码有无实际意义？
为什么？
答：
（1）C类网络对应的默认子网掩码。
但也可以是A类或B类地址的掩码，即主机号由最后的8位决定。
而路由器寻找网络由前24位决定。
（2）6个主机。
（用3位进行编写主机号，去除全0和全1）
（3）子网掩码一样（因为除去网络号和子网号后，都是用8位表示主机号，所以掩码相同），但子网数目不同（A:
用16位表示子网，B：
用8位表示子网）。
（4）最多可有4094个（用12位表示主机号，不考虑全0和全1的主机号）。
（5）有效（因为此掩码只是针对A类网络）。
但不推荐这样使用。
（6）
（7）有实际意义。
因为对于小网络这样做还可进一步简化路由表。
10、试辨认以下IP地址的网络类别。
答：
（1）B类。
（2）A类。
（3）B类。
（4）C类。
（5）A类。
（6）C类。
11、IP数据报中的首部检验和并不检验数据报中的数据。
这样做的最大好处是什么？
坏处是什么？
答：
好处：
不检验数据部分会节省时间，从而转发分组更快；
坏处：
数据部分若有差错时不能及时发现。
12、当某个路由器发现一IP数据报的检验和有差错时，为什么采取丢弃的办法而不是要求源站重传此数据报？
计算首部检验和为什么不采用CRC检验码？
答：
因为IP首部中的源地址也可能是错误的，请求错误的源地址重传数据是没有任何意义的。
利用CRC检验码要消耗较多的路由器系统时间，不采用CRC可以节省时间。
13、设IP数据报使用固定首部，其各字段的具体数值如下所示，（除IP地址外，均用十进制表示）。
试用二进制运算方法计算应当写入到首部检验和字段的数值（用二进制表示）。
4
5
0
28
1
0
0
4
17
首部检验和（待计算后写入）
.5
12.6.7.9
14、重新计算上题，但使用十六进制运算方法（每16位二进制数字转换为4个十六进制数字,再按照十六进制加法规则计算）。
比较这两种方法。
答：
8BB1
15、什么是最大传送单元MTU?
它和IP数据报中的哪个字段有关？
（教材123）
答：
在IP层的下面的每一种数据链路层都有自己的帧格式，在帧格式中包括数据字段的最大长度，这便称为最大传送单元MTU。
当一个IP数据报备封装成数据链路层的帧时，此数据报的总长度（即首部加上数据部分）一定不能超过下面的数据链路层的MTU值。
MTU和IP数据报首部中的“总长度”字段有关。
16、在因特网中将IP数据报分片传输的数据报在最后的目的主机中进行组装。
还可以有另一种做法，即数据报片通过一个网络进行一次组装。
试比较这两种方法的优劣。
答：
在目的主机组装而不是在中间的路由器组装是因为：
（1）路由器处理数据报更简单些（节省转发时间）
（2）并非所有的数据报片都经过同样的路由器，因此在每个中间的路由器进行组装就有可能缺少部分数据报片。
（3）在中间的路由器组装后可能还有再经过另外一个网络，这时又要把这些数据报进行分片，因此，如果在中间的路由器进行组装就要进行多次组装。
17、一个3200bit长的TCP报文传到IP层，加上160bit的首部后成为数据报。
下面的互联网由两个局域网通过路由器连接起来。
但第二个局域网所能传送的最长数据帧中的数据部分只有1200bit，因此数据报在路由器必须进行分片。
试问第二个局域网向其上层要传送多少比特的数据（这里的“数据”当然指局域网看见的数据）？
答：
3200+4×160=3840bit
因为第二个局域网所能传送的最长数据帧中的数据部分只有1200bit，即每个IP数据片的数据部分<1200-160（bit），所以IP数据片的数据部分最大不超过1024bit，由于片偏移是以8字节即64bit为单位的，这样3200bit的报文要分4个数据片，所以第二个局域网向上传送的比特数等于（3200+4×160），共3840bit。
18、
（1）有人认为“ARP协议向网络层提供了转换地址的服务，因此ARP应该属于数据链路层。
”这种说法为什么是错误的？
（2）试解释为什么ARP高速缓存每存入一个项目就要设置10~20分钟的超时计时器。
这个时间设置的太大或太小会有什么问题？
（3）至少举出两种不需要发送ARP请求分组的情况（即不需要请求将某个目的IP地址解析为相应的硬件地址）。
（参考资料131）
答：
（1）不能说ARP向网络层提供了服务，仅仅是IP使用了ARP,ARP本身属于网络层的一部分。
数据链路层使用硬件地址（物理地址）而不使用IP地址，因此，ARP不在数据链路层。
（2）当网络中的某个IP地址和硬件地址的映射关系发生变化时，ARP高速缓存中的相应的项目就要改变。
例如：
更换以太网网卡就要发生这样的事件。
超时时间设置的太小就会使ARP请求和响应分组的通信量太频繁；而超时时间太长会使更换了新网卡的主机迟迟不能和网络上的其它主机通信。
（3）在源主机的ARP高速缓存中已经有了该目的IP地址的项目；源主机发送的是广播分组；源主机和目的主机使用点到点通信。
19、主机A发送IP数据报给主机B，途中经过了5个路由器，试问在IP数据报的发送过程中总共使用了几次ARP?
答：
6次。
主机A用一次，每个路由器各用一次。
20、设某路由器建立了如下路由表（这三列分别是目的网络、子网掩码和下一跳路由器，若直接交付则最后一列表示应当从哪一个接口转发出去）：
目的网络
子网掩码
下一跳
接口m0
接口m1
128.96.40.0
R2
R3
默认
----
R4
现在共收到5个分组，其目的地址分别是：
试分别计算其下一跳地址。
答：
（1）接口m0;
（2）R2（3）R3（4）R3（5）R4
（1）分组的目的站IP地址为：
分组经接口m0转发。
①
②分组经R2转发。
（经R4转发。
该分组经R3转发。
经R4转发。
21、某单位分配到一个B类IP地址
还可以用8位来表示主机号，即每个网络所连主机数=28=256>250，因为是B类网络，所以可以用8位来表示子网号，因此共有子网数=28=256>16，能满足实际需求，因此该子网掩码可以使用。
每个地点的子网号可以是（用二进制表示，此处的子网号远远能够满足实际需求，所以为了习惯，编号从1开始）：
00000001，00000010，00000011，00000100，00000101，00000110，00000111，00001000，00001001，00001010，00001011，00001100，00001101，00001110，00001111，00010000。
每个地点主机号的最小值是1，最大值是250。
（因为每个子网内的地址数也大于实际需求，因此为了习惯，主机号可以从1开始，到250为止，剩余部分可以留作以后使用）。
22、一数据报（IP数据报）长度为4000字节（固定首部长度）。
现在经过一个网络传送，但此网络能够传送的最大数据长度为1500字节。
试问应当划分为几个短些的数据报片？
各数据报片的数据字段长度、片偏移字段和MF标志应为何数值？
答：
4000字节的IP数据报，减去20字节的固定首部，所含数据长度是3980字节。
而网络能够传输的最大数据长度为1500字节（即数据链路层的数据帧中包含的数据最大是1500字节），该数据长度是数据帧中封装的IP数据报的最大长度（含有IP数据报的首部，即总长度）。
通过分析可知，该数据报应该被分为3个数据报片，数据字段的长度分别为1480，1480，1020字节。
片偏移量是：
0，1480/8=185,（1480+1480）/8=370.MF字段的值分别是：
1，1，0。
23、分两种情况（使用子网掩码和使用CIDR）写出因特网的IP层查找路由的算法。
（参考资料132）
24、试找出可以产生以下数目的A类子网的子网掩码（采用连续掩码）。
答：
即分别找出一个A类的子网掩码，使其能够分别产生的子网数目如下：
（1）255.128.1.0255.252.0.0
（5）255.254.1.0（6）
25、以下有四个子网掩码，哪些不是推荐使用的？
为什么？
1
作为子网掩码的特点：
由一连串1加上一连串的0组成，因此只有（4）是推荐使用的。
26、有如下的4个/24地址块，试进行最大的地址聚合。
00.00000000
01.00000000
00.10000110.00000000
11.00000000
答：
通过把每个地址块转换成二进制表示可以看出，这四个地址块的共同的前缀是。
答：
把两个CIDR地址块分别转换成二进制表示如下：
208.128/11=>;
00010000111；
可以看出，前一个地址块包含了后一个地址块。
28、已知路由器R1的路由表如下所示：
地址掩码
目的网络地址
下一跳地址
路由器接口
/26
M2
/24
M1
/16
------
M0
/16
------
M2
/16
------
M1
默认
默认
M0
试画出各网络和必要的路由器的连接拓扑，标注出必要的IP地址和接口。
对不能确定的情况应当指明。
（教材380）
答：
29、一个自治系统有5个局域网，其连接图如下，LAN2至LAN5（教材380）
答：
300011110.10001010.0111011/23
所以该自治系统中的任何一个局域网的地址块的前23位和该自治系统的地址块的前23位是一样的。
在给自治系统中的LAN分配网络前缀时，应该先给地址数（主机数（含路由器））较多的网络分配前缀。
题目中没有说LAN1上有几个主机，但是它至少需要3个地址给3个路由器使用。
LAN3有150个主机加一个路由器地址为151个地址。
LAN2有91个主机加一个路由器地址为92个地址。
LAN5有15个主机加一个路由器地址为16个地址。
需要/27地址块，可分配/26地址块。
分配地址块00
LAN4有3个主机加一个路由器地址为4个地址。
至少需要/29地址块
LAN1至少有3个IP地址供路由器用。
也分一个/29地址块
分配地址块00011110100010100111011111001***
按照同样的方法，可以计算出其它几个局域网的网络前缀如下（均有多种情况）：
局域网
答案1
答案2
LAN1
LAN2
LAN3
8.0/24
LAN4
8.224/27
LAN5
是局域网上的主机数。
试给每个局域网分配一个网络前缀。
答：
该题的解析方法同29题。
有多种答案。
11000000.01001101.00100001/24,所以该公司下属的LAN及WAN的前缀的前24位均是11000000.01001101.00100001，先考虑为需要地址数较多的LAN分配其前缀。
LAN1，主机数50，加上一个路由器，最少需要51个地址，51表示成二进制为：
51=》00110011，即最低需要6位二进制来表示，因此LAN1的网络前缀可以是26位（其中前24位固定为11000000.01001101.00100001，后2位可以是任意值）表示为/26
LAN3：
主机数30，加上一个路由器，最少需要31个地址，31表示成二进制为：
31=>00011111，即最低需要用5位二进制来表示，因此LAN3的网络前缀可以是27位（前24位固定，后3位任意），可以表示为64/27；考虑到以后网络还要增加主机数，所以可用6位二进制来表示地址，即其网络前缀可以用26位二进制来表示：
按照同样的方法，可以分配给：
后可能还要增加几个主机，故留有
31、以下哪个地址和86.32/12匹配？
说明理由。
.123
（2）86.
答：
把86.33/12转换成二进制：
01010110.00100001/12,可以看出第2字节的前4位在前缀中。
给出这四个地址中的第二个字节的前4位二进制表示：
（1）0010
（2）0100（3）0011（4）0100
只有
（1）是相匹配的。
32、以下的前缀中哪个和地址2.52.90.140匹配？
说明理由。
（1）0/4
（2）32/4（3）4/6（4）80/4
（1）0/4的二进制表示是：
0000/4
通过类似计算，可以知道，
（4）
33、
（1）152.40/13
（2）153.40/9（3）152.64/12（4）152.0/11
10011000.00000111.01001101.10011111
10011000.00011111.00101111.11111100
（1）152.40/13的二进制表示是：
10011000.00101/13
（2）153.40/9的二进制表示是：
10011001.0/9
（3）152.64/12的二进制表示是：
10011001.0100/12
（4）152.0/11的二进制表示是：
10011001.000/11
通过分析可知，（4）和这两个地址都匹配。
34、与下列掩码相对应的前缀各有多少位？
答：
（1）/2
（2）、4（3）/11（4）/30
192=>11000000.00000000.00000000.00000000（属于C类网络）
240=>11110000.00000000.00000000.00000000
255.224=>11111111.11100000
11111111.11111111.11111111.11111100
于多少个C类地址？
10001100.10001100.01011100.00010000
所以地址掩码是
最大地址是：
10001100.10001100.01011111.11111111/20
最小地址是：
10001100.10001100.01010000.00000000=>1
该地址块中共有212个地址，即4096个地址。
该地址块相当于24个C类地址。
答：
计算方法和上题相同。
地址掩码是：
11111111.11111111.11111111.11111000
共有23个，即8个地址。
相当于1/32个C类地址。
一步划分为4个一样大的子网，试问：
（1）每个子网的网络前缀有多长？
（2）每个子网中有多少个地址？
（3）每个子网的地址块是多少？
（4）每个子网可以分配给主机使用的最小地址和最大地址是什么？
答：
（1）每个子网的前缀是28位。
（2）每个子网中有24个地址，即每个子网中有16个地址。
（3）每个子网的地址块分别是
=>0000/28。
可以分配给主机使用的地址:
.01000000
最大地址：
132.2001111
第二个子网：
136.
010000
011111
100000
101111
最小地址：
13110000
111111
38、IGP和EGP这两类协议的的主要区别是什么？
（参考资料143）
答：
39、试简述RIP、OSPF、BGP路由选择协议的主要特点。
（参考资料143）
答：
40、RIP使用UDP,OSPF使用IP，而BGP使用TCP。
这样做有何优点？
为什么RIP周期性的和邻站交换路由信息，而BGP却不这样做？
（参考资料143）
答：
41、假定网络中的路由器B的路由表有如下的项目（这三列分别表示“目的网络”、“距离”和“下一跳路由器”）
N1 7 A
N2 2 C
N6 8 F
N8 4 E
N9 4 F
现在B收到从C发来的路由信息（这两列分别表示“目的网络”和“距离” ）：
N2 4
N3 8
N6 4
N8 3
N9 5
试求出路由器B更新后的路由表。
解：
路由器B更新后的路由表如下：
N1 7 A 无新信息，不改变
N2 5 C 相同的下一跳，更新
N3 9 C 新的项目，添加进来
N6 5 C 不同的下一跳，距离更短，更新
N8 4 E 不同的下一跳，距离一样，不改变
N9 4 F 不同的下一跳，距离更大，不改变
42、假定网络中的路由器A的路由表有如下的项目（这三列分别表示“目的网络”、“距离”和“下一跳路由器”）
N1 4 B
N2 2 C
N3 1 F
N4 5 G
现在A收到从C发来的路由信息（这两列分别表示“目的网络”和“距离” ）：
N1 2
N2 1
N3 3
试求出路由器A更新后的路由表。
解：
路由器A更新后的路由表如下：
N1 3 C 不同的下一跳，距离更短，改变
N2 2 C 不同的下一跳，距离一样，不变
N3 1 F 不同的下一跳，距离更大，不改变
N4 5 G 无新信息，不改变
43、IGMP协议的要点是什么？
隧道技术是怎样使用的？
答：
（略）
44、什么是VPN？
VPN有什么特点和优缺点？
VPN有几种类别？
答：
（略）
45、什么是NAT?
NAPT有哪些特点？
NAT的优点和缺点有哪些？
答：
（略）
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